DE102004041382A1

DE102004041382A1 - Fahrzeugtür und Tragstruktur für eine Fahrzeugtür

Info

Publication number: DE102004041382A1
Application number: DE200410041382
Authority: DE
Inventors: Jörg Prof.Dr. Wellnitz; Gerhard Ruppert
Original assignee: Edag Engineering and Design AG
Current assignee: EDAG GmbH and Co KGaA
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: DE102004041382B4; DE102004041382B8

Abstract

Es wird eine Fahrzeugtür und eine Tragstruktur für eine Fahrzeugtür beschrieben, die aus einer Aluminiumschaumstruktur besteht, die eine geschlossene Wandhülle aufweist. Der Aluminiumschaum ist einstückig mit der Wandhülle ausgebildet. Auf diese Weise wird eine hohe Steifigkeit bei gleichzeitig großer Energieabsorption bei einem Seitencrash bereitgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugtür gemäß Patentanspruch 1 und eine Tragstruktur für eine Fahrzeugtür gemäß Patentanspruch 27.
In der Kraftfahrzeugtechnik bestehen für die Fahrzeugtür verschiedenste Anforderungen. Zum einen soll die Fahrzeugtür relativ leicht sein und trotzdem bei Unfällen, insbesondere bei einem Seitenaufprall, eine ausreichende Stabilität aufweisen. Weiterhin ist es erforderlich, dass die Fahrzeugtür kostengünstig und mit wenig Aufwand hergestellt werden kann. Zur Lösung dieser zum Teil gegensätzlichen Anforderungen sind verschiedenste technische Lösungen bekannt.

Aus der Patentschrift DE 44 07 731 C2 ist eine Fahrzeugtür aus einem faserverstärkten Kunststoff bekannt. Die Fahrzeugtür weist einen Türkörper und einen Fensterrahmen auf, wobei der Türkörper einen geschlossenen Rahmen aus Schloss- und Scharnierträgern und damit verbundenen Querträgern bildet. Der Türkörper und der Fensterrahmen bestehen aus einer Innenschale und einer Außenschale aus faserverstärktem Kunststoff, die zu einem Hohlprofil zusammengesetzt sind. Der faserverstärkte Kunststoff besteht aus einem Thermoplast mit endlos verlaufenden Verstärkungsfasern. Die Innen- und Außenschale sind an einer Tragstruktur befestigt. Die Tragstruktur weist im Wesentlichen die Form eines Dreiecksrahmens auf, wobei ein oberer, im Wesentlichen waagrecht verlaufender Querträger, ein etwa senkrecht dazu verlaufender Scharnierträger und ein zwischen einem unteren Scharnier und einem schräg dazu gegenüberliegenden Schlossbereich verlaufender Diagonalträger vorgesehen sind. Der Querträger ist mit dem Diagonalträger im Schlossbereich über einen Knoten verbunden.

Weiterhin ist aus der Offenlegungsschrift DE 197 56 459 A1 ein Aufprallträger für eine Kraftfahrzeugtür bekannt. Der Aufprallträger weist die Form eines Kastenprofils auf, das in der Kraftfahrzeugtür etwa in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges mit beiden Enden befestigt ist. Die Kraftfahrzeugtür weist eine innere und eine äußere Profilwand auf. Zwischen den Profilwänden ist der Aufprallträger angeordnet. Der Aufprallträger kann als Aluminium-Strangpressprofil ausgebildet sein. Das Kastenprofil ist beispielsweise mit einem verdichtbaren Füllmaterial ausgefüllt. Als Füllmaterial wird PU-Schaum verwendet, der im Normalzustand das Kastenprofil nicht vollständig füllt, sondern die Innenräume der ohrenartigen Übergänge teilweise freilässt. Es gibt natürlich viele andere verdichtbare Füllmaterialien, beispielsweise auch Metall/Kunststoffverbindungen (Aluminiumschaum oder dgl.).

Aus der Offenlegungsschrift DE 197 21 607 A1 ist ein Seitenaufprallschutz bekannt, der insbesondere aus Aluminiumschaum hergestellt ist und in Fahrzeugtüren von Fahrzeugkarosserien verwendet wird. Der Aluminiumschaum ist in Form eines an die Kontur des Einbauraums in der Fahrzeugtür angepassten, Energie absorbierenden Schaumelementes ausgebildet. Das Schaumelement ist zwischen einer Außenhaut der Fahrzeugtür und einer drucksteifen Struktur der Fahrzeugkarosserie abgestützt.

Aus der Patentschrift DD 248 324 A5 ist eine Fahrzeugtür bekannt, die ein geringes Gewicht aufweist und eine Innenhaut und eine Außenhaut besitzt, die von einem tragenden, formstabilen Skelett gehalten werden. Das Skelett bildet zusammen mit der Innenschale einen einstückigen Türkörper, an dem die Außenschale als separater Teil befestigt ist. Die Innenschale und die Außenschale bestehen aus Kunststoff. Das Skelett verbindet die Scharnierteile mit dem Türschloss. Das Skelett besteht im Wesentlichen aus zwei parallel angeordneten Streben, die in einem Mittelbereich über Querversteifungsstreben miteinander verbunden sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Fahrzeugtür und eine Tragstruktur für eine Fahrzeugtür bereitzustellen, die bei einem geringen Gewicht eine erhöhte Steifigkeit und eine verbesserte Energieabsorption bei einem Aufprall, insbesondere bei einem Seitenaufprall auf die Fahrzeugtür aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Fahrzeugtür gemäß Patentanspruch 1 und durch die Tragstruktur gemäß Patentanspruch 27 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Fahrzeugtür besteht darin, dass als Tragstruktur ein Aluminiumträger verwendet wird. Der Aluminiumträger weist eine Aluminiumschaumstruktur auf, die von einer Wandhülle umgeben ist. Die Aluminiumschaumstruktur ist einstückig mit der Wandhülle ausgebildet. Durch diese Ausbildungsform ist eine hohe Steifigkeit und zugleich eine gute Energieabsorption bei einem Aufprall gegeben. Die geschlossene Wandhülle und die Aluminiumschaumstruktur sorgen für die hohe Steifigkeit und der Aluminiumschaum sorgt für die gute Energieabsorption, die bei einer Verformung der Wandhülle zum Tragen kommt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Aluminiumträger mithilfe eines schmelzmetallurgischen Prozesses aus Aluminiumschaum hergestellt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Aluminiumschaum der Aluminiumschaumstruktur eine Dichte zwischen 0,04 und 5 g/cm³ auf. In diesem Dichtebereich wird zum einen eine ausreichende Steifigkeit und zum anderen eine vorteilhafte Energieabsorption bei einem Crash ermöglicht.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Aluminiumschaum Poren mit unterschiedlicher Porengröße auf, wo bei die Porengröße ausgehend von der Wandhülle nach innen zunimmt. Auf diese Weise wird eine erhöhte Steifigkeit im Wandhüllenbereich und zudem ein geringes Gewicht erreicht. Durch die kleine Porengröße im Randbereich ist eine erhöhte Steifigkeit der Tragstruktur im Bereich der Wandhülle gegeben. Durch die zunehmende Porengröße im Innenbereich, in dem die Steifigkeit weniger von Bedeutung ist, wird Gewicht eingespart, ohne die Steifigkeit und die Energieabsorptionsfähigkeit negativ zu beeinflussen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Aluminiumschaum ovale Poren auf, deren größere Längsachse parallel zur möglichen Krafteinwirkung ausgerichtet sind. Im Allgemeinen sind damit die ovalen Poren mit der Längsachse senkrecht zur Wandhülle angeordnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Tragstruktur in Form einer einteiligen Platte ausgebildet, die in Längsrichtung quer zur Fahrzeugtür zwischen zwei Seitenflächen der Fahrzeugtür angeordnet ist. Durch die Ausbildung der Tragstruktur in Form einer Platte ist eine einfache und zuverlässige Fertigung mithilfe des schmelzmetallurgischen Prozesses möglich.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Tragstruktur eine Außenseite und eine Innenseite auf, wobei die Außenseite eine kleinere Fläche als die Innenseite aufweist. Auf diese Weise ist eine optimierte Struktur für die Aufnahme von Kräften bei einem Seitencrash gegeben.

Vorzugsweise weist die Wandhülle sowohl auf der Außenseite als auch auf der Innenseite Strukturen mit vorstehenden und zurückgesetzten Flächen auf. Auf diese Weise wird eine erhöhte Steifigkeit der Tragstruktur erreicht.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die zurückgesetzten Flächen im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung der Tragstruktur angeordnet.

Vorzugsweise weist die Tragstruktur im Wesentlichen zwei Teiltragstrukturen auf, die über eine Verbindungsfläche miteinander verbunden sind. Die Teiltragstrukturen sind im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung der Tragstruktur angeordnet. Die Verbindungsfläche weist eine geringere Dicke als die Teiltragstrukturen auf und dient im Wesentlichen als Verbindungsstruktur für einen vorteilhaften Herstellungsprozess. Die Steifigkeit der Tragstruktur wird durch die zwei Teiltragstrukturen dargestellt. In Endbereichen sind die zwei Teiltragstrukturen über Verbindungsstrukturen miteinander verbunden. Auf diese Weise ist eine im Wesentlichen ringförmige steife Tragstruktur ausgebildet, die eine mittig angeordnete Verbindungsfläche aufweist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist eine Außenseite einer Teiltragstruktur wenigstens zwei erhöhte Teilflächen auf, die parallel zur Längserstreckung der Teiltragstrukturen angeordnet sind. Dadurch wird eine erhöhte Steifigkeit der Tragstruktur erreicht.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist eine Innenfläche der Tragstruktur wenigstens drei hervorstehende Teilflächen auf, die über zwei zurückgesetzte Teilflächen miteinander verbunden sind. Die Teilflächen sind parallel zur Längserstreckung der Teiltragstrukturen angeordnet. Auf diese Weise wird eine erhöhte Steifigkeit und Zugfestigkeit bereitgestellt.

Vorzugsweise weist die Wandhülle in Kantenbereichen eine größere Wanddicke auf. Dadurch sind die Kantenbereiche zusätzlich verstärkt, so dass eine erhöhte Steifigkeit der Tragstruktur erreicht wird.

Vorzugsweise ist die Tragstruktur wenigstens in Teilflächen mit der Außenschale verbunden. Auf diese Weise wird eine erhöhte Steifigkeit der Fahrzeugtür erreicht. Zudem wird die Beulsteifigkeit der Außenschale der Fahrzeugtür verbessert, ohne dass zusätzliche Versteifungselemente erforderlich sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Tragstruktur über eine Klebeschicht mit der Außenschale verbunden. Dadurch wird eine einfache Verbindungstechnik verwendet, die zuverlässig ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als Klebeschicht ein Strukturkleber verwendet, der eine zusätzliche Versteifung der Fahrzeugtür erreicht.

Vorzugsweise wird die Außenschale aus Aluminium hergestellt. Dadurch wird zusätzlich Gewicht eingespart.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf der Innenseite der Tragstruktur entlang der Längsrichtung ein Zugband aufgebracht. Durch das Aufbringen des Zugbandes wird die Zugfestigkeit der Innenseite der Tragstruktur zudem verbessert, ohne die gesamte Innenseite der Tragstruktur dick ausführen zu müssen. Damit ist eine Verbesserung der Zugfestigkeit bei geringer Gewichtserhöhung gegeben.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Zugband auf einer zurückgesetzten Teilfläche der Innenseite der Tragstruktur aufgebracht. Zudem wird das Zugband vorzugsweise aus einem CFK-Material (Carbon-Faser-Verbundwerkstoff) hergestellt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Innenwand der Wandhülle eine geringere Dicke als die Außenwand der Wandhülle auf. Auf diese Weise ist eine Gewichtsoptimierung in Bezug auf die Anforderung bei einem Seitencrash gegeben. Bei einem Seitencrash wirken auf die Außenwand Druckkräfte, die mit einer erhöhten Drucksteifigkeit der Wandhülle abgefangen werden müssen. Auf die Innenwand wirken Zugkräfte, die mit einer geringeren Dicke als der Außenwand abgefangen werden können.

Versuche haben gezeigt, dass bei dem verwendeten Aufbau der Tragstruktur mittlere Dicken der Innenwand im Bereich von 0,3 bis 1,3 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 bis 1 mm und die mittlere Dicke für die Außenwand im Bereich von 0,5 bis 2,5 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 2 mm gute Eigenschaften der Tragstruktur bei einem Crash ermöglichen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Tragstruktur in den Endbereichen dicker ausgeführt als im Mittenbereich. Dadurch wird eine verbesserte Steifigkeit bei geringem Gewicht ermöglicht.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Tragstruktur Gewindeeinsätze auf, mit denen elektrische Komponenten wie z.B. Fensterheber oder ein Schlosseinsatz an der Tragstruktur befestigt werden können. Durch die Gewindeeinsätze ist eine einfache Montage und zuverlässige Halterung der elektrischen Komponenten bzw. des Schlosseinsatzes möglich.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Rahmenteil der Fahrzeugtür an der Tragstruktur befestigt, so dass auch das Rahmenteil eine erhöhte Steifigkeit aufweist. Zudem ist vorzugsweise eine Scheibenführung der Fahrzeugtür an der Tragstruktur befestigt, so dass auch die Scheibenführung eine erhöhte Steifigkeit aufweist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
1 eine schematische Ansicht einer Fahrzeugtür mit einer Tragstruktur,
2 einen Querschnitt durch eine Fahrzeugtür und die Tragstruktur,
3A eine Tragstruktur mit weiteren Bauteilen,
3B einen Querschnitt durch die Tragstruktur,
3C einen Querschnitt durch die Tragstruktur mit Darstellung der Porengrößen,
4 einen Querschnitt durch die Tragstruktur im Bereich des Türschlosses,
5 einen Querschnitt durch die Tragstruktur im Bereich der Scharniere,
6 einen Querschnitt durch die Fahrzeugtür mit einer Klebeverbindung zwischen der Tragstruktur und der Außenschale der Fahrzeugtür,
7 einen Querschnitt durch eine Tragstruktur mit einem Gewindeeinsatz.
Die Erfindung wird am Beispiel einer Fahrzeugtür erläutert, die in Form einer Seitentür ausgebildet ist. Unter dem Begriff Fahrzeugtür wird jede Art von öffenbarer Klappe oder Tür am Fahrzeug verstanden, wie z.B. auch eine Heckklappe oder eine Frontklappe (Motorhaube).
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ansicht auf eine Innenseite einer Fahrzeugtür 1 mit einer Außenschale 7, in der quer zur Fahrzeugtür eine Tragstruktur 2 angeordnet ist. Die Tragstruktur 2 ist in ihrer Längsrichtung quer zur Fahrzeugtür 1 zwischen einer ersten und einer zweiten Seitenwand 5, 6 der Fahrzeugtür 1 eingebracht. Die Tragstruktur 2 ist mit den jeweiligen Endbereichen mit der ersten Seitenwand 5 bzw. mit der zweiten Seitenwand 6 verbunden. Die Verbindung kann als Verschraubung, Verklebung oder Verschweißung ausgebildet sein.
Die Tragstruktur 2 besteht im Wesentlichen aus einer ersten und einer zweiten Teiltragstruktur 3, 4, die in der Längsrichtung der Tragstruktur 2 angeordnet sind und in den beiden Endbereichen miteinander verbunden sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Rahmenteile der Fahrzeugtür 1 an der Tragstruktur 2 befestigt. Dadurch wird die Steifigkeit der Fahrzeugtür 1 zusätzlich verbessert. Weiterhin ist es vorteilhaft, einen Scheibenführungsrahmen 34 ebenfalls an der Tragstruktur zu befestigen.
2 zeigt einen Längsquerschnitt durch die Tragstruktur 2, die Außenschale 7 und eine Innenschale 8. Im vorderen Endbereich ist ein Scharniergelenk 9 mit der Tragstruktur 2 verbunden. Zudem ist im hinteren Endbereich die Innenschale 8 über eine Verschraubung 10 an der Tragstruktur 2 gehaltert. Die Tragstruktur 2 weist im vorderen Endbereich 11 eine größere Dicke D als im mittleren oder im hinteren Endbereich 12 auf. Der dickere vordere Endbereich 11 erstreckt sich über ungefähr 10% der Länge der Tragstruktur.
3A zeigt eine Ansicht der Außenseite der Tragstruktur 2, die als einteilige Platte ausgebildet ist. Die Ausführung als einteilige Platte weist den Vorteil auf, dass die Tragstruktur mit wenig Aufwand mit einem schmelzmetallurgischen Prozess aus Aluminiumschaum hergestellt werden kann. Die Tragstruktur 2 weist im Wesentlichen eine Rechteckform auf, wobei die Rechteckform im vorderen Endbereich 11 eine größere Höhe als im hinteren Endbereich 12 hat. Im verbauten Zustand ist der vordere Endbereich 11 im Scharnierbereich und der hintere Endbereich 12 im Schlossbereich in der Fahrzeugtür 1 angeordnet, wie in 1 dargestellt.
In der Tragstruktur 2 der 3A sind im vorderen Endbereich 11 erste Gewindeeinsätze 28 in einer Seitenwand der Tragstruktur 2 eingebracht. Über die ersten Gewindeeinsätze 28 werden direkt die Scharniergelenke 9 mit der Tragstruktur 2 verschraubt. Die ersten Gewindeeinsätze 28 sind in die Aluminiumschaumstruktur der Tragstruktur 2 eingebettet.
Zudem sind im hinteren Endbereich 12 zweite Gewindeeinsätze 29 in die Tragstruktur 2 eingebracht. Die zweiten Gewindeein sätze 29 dienen zur Befestigung eines Türschlosses 30 bzw. einer elektrischen Komponente 31. Das Türschloss 30 ist über eine Schraube 32 mit dem zweiten Gewindeeinsatz 29 verschraubt. Ebenfalls ist die elektrische Komponente 31 über eine Schraube 32 mit einem zweiten Gewindeeinsatz 29 verschraubt. Als elektrische Komponente können beispielsweise Motoren für Fensterheber mit der Tragstruktur 2 verschraubt sein.
3B zeigt einen Querschnitt durch die Tragstruktur 2. Die Tragstruktur 2 besteht aus einer Aluminiumschaumstruktur 23 aus Aluminiumschaum, die von einer geschlossenen Wandhülle 22 aus Aluminium umgeben ist. Die Tragstruktur 2 weist eine erste und eine zweite Teiltragstruktur 3, 4 auf, die parallel zur Längsrichtung der Tragstruktur 2 angeordnet sind. Die erste und die zweite Teiltragstruktur 3, 4 weisen an der Außenseite der Tragstruktur 2, die der Außenschale 7 zugeordnet ist, jeweils zwei parallel nebeneinander angeordnete Teilflächen 14 auf, zwischen denen eine zurückgesetzte zweite Teilfläche 15 angeordnet ist. Die zwei Teiltragstrukturen 3, 4 sind über eine zurückgesetzte, dritte Teilfläche 16 miteinander verbunden. Die erste und die zweite Teiltragstruktur 3, 4 sind im Wesentlichen symmetrisch aufgebaut. An der Innenseite weist die Tragstruktur 2 im Wesentlichen drei Teilflächen 17, 18, 19 auf, die im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Tragstruktur 2 und im Wesentlichen auf gleicher Höhe angeordnet sind. Die vierte, fünfte und sechste Teilfläche 17, 18, 19 sind jeweils über eine zurückgesetzte siebte bzw. achte Teilfläche 20, 21 voneinander beabstandet. Die siebte und achte Teilfläche 20, 21 verlaufen im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Tragstruktur 2 und sind im Wesentlichen auf gleicher Höhe angeordnet.
Die Tragstruktur 2 weist eine Wandhülle 22 auf, die vollständig mit Aluminiumschaum 23 gefüllt ist und zudem einstückig mit dem Aluminiumschaum ausgebildet ist. Die Wandhülle 22 stellt eine geschlossene Oberfläche dar, die den Aluminium schaum 23 nach außen umschließt und der Tragstruktur 2 die Steifigkeit gibt. Der Aluminiumschaum 23 erhöht die Steifigkeit, bietet aber insbesondere eine große Energieabsorption beim Crash. Die Tragstruktur 2 wird durch einen schmelzmetallurgischen Herstellungsprozess aus Aluminiumschaum hergestellt, bei dem sich die Wandhülle 22 ausbildet, die aus Voll-Aluminium besteht. Der Aluminiumschaum weist eine Dichte zwischen 0,04 und 5 g/cm³ auf. In Abhängigkeit von der gewählten Ausführungsform weist die Wandhülle 22 auf der Innenseite der Fahrzeugtür, die der Innenschale 8 zugeordnet ist, eine kleinere Dicke als auf der Außenseite auf, die der Außenschale 7 zugeordnet ist. Vorzugsweise liegt die mittlere Dicke der Innenwand der Wandhülle 22 im Bereich zwischen 0,3 bis 1,3 mm. Besonders gute Eigenschaften werden mit einer Dicke zwischen 0,5 bis 1,0 mm Dicke der Innenwand erreicht. Vorzugsweise liegt die mittlere Dicke der Außenwand der Wandhülle 22 im Bereich zwischen 0,8 bis 2,5 mm. Besonders gute Ergebnisse werden mit einer Dicke der Außenwand zwischen 1 und 2 mm erreicht. Die Innenwand umfasst die Fläche der Wandhülle 22 zwischen der vierten und der sechsten Teilfläche 17, 19. Die Außenwand umfasst die Flächen der Wandhülle 22 zwischen der oberen und der unteren Teilfläche 14, die seitlich an der Außenwand die Tragstruktur 2 begrenzen. Vorzugsweise sind die Mittenachsen der dritten Teilfläche 16 und der fünften Teilfläche 18 symmetrisch angeordnet.
Die Teilflächen der Wandhülle 22 gehen über Kantenbereiche 24 ineinander über. Die Kantenbereiche 24 verlaufen dabei im Wesentlichen entlang der Längsachse der Tragstruktur 2. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens Teilbereiche der Kantenbereiche 24 mit einer größeren Dicke als die angrenzenden Bereiche der Wandhülle 22 ausgebildet. Vorzugsweise weist die Wandhülle 22 auf Innenseiten der Kantenbereiche 24 eine Kanteninnenfläche 25 auf, die einen sehr viel größeren Kantenradius als der Kantenbereich 24 an der Außenseite aufweist. Auf diese Weise entstehen dicker ausgebildete Kantenbereiche 24, so dass die Wandstärken in den Kantenbereichen 24 größer ausgebildet ist und somit eine erhöhte Steifigkeit der Tragstruktur 2 gegeben ist. In 3B sind entsprechend verdickt ausgebildete Kantenbereiche 24 dargestellt, die auf der Innenseite eine entsprechend abgeschrägte oder abgerundete Kanteninnenfläche 25 aufweisen. In entsprechender Art und Weise können alle im Innenbereich konkav ausgebildeten Kantenbereiche 24 verdickt ausgebildet sein. Die verdickten Kantenbereiche 24 sind in 3B als schwarze Dreiecksflächen dargestellt, die jedoch Teil der Wandhülle 22 sind und aus Voll-Aluminium bestehen.
3C zeigt einen Teilausschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der Tragstruktur 2, bei der die Porengröße des Aluminiumschaums 23 ausgehend von der Wandhülle 22 nach innen hin zunimmt. Dabei nimmt der Durchmesser der Porengröße von 0,1 mm bis zur gewünschten Größe zwischen 3 und 10 mm nach innen hin zu. Auf diese Weise wird zudem eine im Wesentlichen im Randbereich, d.h. angrenzend an die Wandhülle 22 erhöhte Steifigkeit erreicht. Nach innen hin nimmt die Porengröße zu und damit auch die Steifigkeit und das spezifische Gewicht ab. Somit wird eine optimale Verteilung der steifen Bereiche und eine optimale Verteilung der Masse erreicht.
Die Zunahme der Porengröße ist in 3C nur in einer Richtung schematisch dargestellt, die mithilfe eines Pfeils angedeutet ist. Grundsätzlich nimmt der Durchmesser der Poren ausgehend von der Wandhülle 22 in jeder Richtung auf die Mitte der Tragstruktur zu. Bei der Ausbildung von ovalen Poren sind die Längsachsen der ovalen Poren parallel zur erwarteten Krafteinwirkung angeordnet. Diese Ausführungsform ist im rechten Bereich der 3C dargestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden auf der Innenseite der Tragstruktur 2 ein oder mehrere Zugbänder 26 aufgebracht, wie in 3B dargestellt. Ein Zugband 26 besteht beispielsweise aus einem CFK-Material, das von einer CFK-Platine abgeschnitten wurde. Vorzugsweise sind die Zugbänder 26 auf den zurückgesetzten siebten und achten Teilflächen 20, 21 aufgebracht. Damit wird die gesamte Dicke der Tragstruktur durch die Aufbringung des Zugbandes 26 nicht zusätzlich vergrößert.
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Fahrzeugtür nahe der zweiten Seitenwand 6, wobei hier deutlich zu erkennen ist, dass die Teilflächen 14 der Außenseite der Tragstruktur 2 an der Außenschale 7 anliegen und vorzugsweise mit der Außenschale 7 verklebt sind.
5 zeigt einen Querschnitt durch die Fahrzeugtür angrenzend an die erste Seitenwand 5, wobei auch in diesem Bereich die Teilflächen 14 an der Außenschale 7 anliegen und vorzugsweise mit der Außenschale 7 verklebt sind.
Die Verbindung der Außenwand der Tragstruktur 2 mit der Außenschale 7 kann mit verschiedenen Mitteln erreicht werden. Vorzugsweise werden Kleber eingesetzt, um die Außenseite der Tragstruktur mit der Außenschale zu verkleben. Insbesondere werden die hervorstehenden Teilflächen 14 mit einer Klebeschicht 27 bedeckt und an eine Innenseite der Außenschale 7 angeklebt. Dies ist schematisch in 6 dargestellt. Als Kleber für die Klebeschicht 27 können weiche Kleber oder steife Festigkeitskleber verwendet werden. Stützkleber bewirken eine zusätzliche Versteifung der Fahrzeugtür. Weiche Kleber weisen eine Scherfestigkeit im Bereich von ca. 20 N/mm² und eine Druckfestigkeit von ca. 60–90 N/mm² auf. Stützkleber können beispielsweise aus gehärtetem Epoxidharz bestehen und eine Scherfestigkeit von ca. 50 N/mm² und eine Schälfestigkeit von ca. 12 N/mm² aufweisen. Durch die flächige Anbindung der Tragstruktur 2 an die Außenschale 7 wird ein zusätzliches Steifigkeitsprofil geschaffen. Die Außenschale 7 kann aus verschiedensten Materialien, insbesondere aus Aluminium, gefertigt sein.
Für die Verwendung von Stützklebern besteht ein Abstand zwischen den Teilflächen 14 und der Außenschale 7, der geringer als 3 mm ist. Für größere Abstände werden weiche Kleber verwendet.
7 zeigt einen Teilquerschnitt durch die Tragstruktur 2 in der ein Gewindeeinsatz 28, 29 eingebracht ist.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Fahrzeugtür mit der beschriebenen Tragstruktur kann die Fahrzeugtür auf bisher übliche Verstärkungsteile wie z.B. Beulsteifigkeitsprofile, Gewindeplatten und Scharnierverstärkungen sowie Schlossverstärkungen verzichten. Aufgrund des Aufbaus der Tragstruktur sind die Scharniere direkt mit der Tragstruktur verbunden. Zudem ist das Türschloss ebenfalls direkt an der Tragstruktur befestigt.
Durch die Verwendung des Aluminiumschaumintegralträgers wird eine Gewichtseinsparung durch Integration von Türversteifungsmaßnahmen, wie z.B. Tailored Blank, Scharnierverstärkungen, Schlossverstärkungen, Gewindeplatten und Beulsteifigkeitsprofile mit dem Seitenaufprallprofil erreicht. Durch den Aluschaumintegralträger wird eine hohe Energieabsorption im Crash-Fall realisiert, unter anderem dadurch, dass die vorgelagerte Crash-Zone sich direkt an der Außenhaut befindet. Zudem wird eine sehr hohe statische Türsteifigkeit und deshalb sehr gute Haptik erreicht. Weiterhin wird die Anzahl der Bauteile reduziert und dadurch der logistische Aufwand minimiert. Zudem wird der Montage- und Fertigungsaufwand bei der Herstellung der Fahrzeugtür reduziert.
Durch die größere Dicke der Wandhülle 22 auf der Außenseite wird eine größere maximale Druckspannung bereitgestellt. Auf der Innenseite der Wandhülle 22 reicht eine geringere Dicke für die erforderliche maximale Zugspannung aus. Durch die Anpassung der Wanddicken wird ebenfalls ein optimaler Gewichtseinsatz erreicht.
Durch das schmelzmetallurgische Herstellungsverfahren wird ein Tragkörper mit einer geschlossenen Wandhülle 22 aus Voll-Aluminium hergestellt, der einstückig mit einem Schaumkörper aus Aluminiumschaum ausgebildet ist. Aufgrund dieses Aufbaus ist eine hohe Energieabsorption bei gleichzeitig guten spezifischen mechanischen Eigenschaften der Festigkeit und der Steifigkeit gegeben. Zudem weist die Tragstruktur 2 ein gutes Dämpfungsverhalten auf und kann aufgrund des verwendeten Herstellungsverfahrens in den verschiedensten Formen hergestellt werden. Das verwendete Material ist unbrennbar und zudem recyclingfähig. Zudem bietet der verwendete Aluminiumschaum vorteilhafte akustische Eigenschaften, wie z.B. eine sehr gute Bedämpfungswirkung, wobei der Luft- und Körperschall eine Funktion von der Zellengröße ist.

1: Fahrzeugtür
2: Tragstruktur
3: erste Teiltragstruktur
4: zweite Teiltragstruktur
5: erste Seitenwand
6: zweite Seitenwand
7: Außenschale
8: Innenschale
9: Scharniergelenke
10: Verschraubung
11: vorderer Endbereich
12: hinterer Endbereich
14: Teilfläche
15: zweite Teilfläche
16: dritte Teilfläche
17: vierte Teilfläche
18: fünfte Teilfläche
19: sechste Teilfläche
20: siebte Teilfläche
21: achte Teilfläche
22: Wandhülle
23: Aluminiumschaum
24: Kantenbereich
25: Kanteninnenfläche
26: Zugband
27: Klebeschicht
28: erster Gewindeeinsatz
29: zweiter Gewindeeinsatz
30: Türschloss
31: elektrische Komponente
32: Schraube
34: Scheibenführungsrahmen

Claims

Fahrzeugtür (1), insbesondere Seitentür mit einer Außenschale (7) und mit einer Tragstruktur (2), an der die Außenschale (7) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) aus einem Aluminiumträger besteht, dass der Aluminiumträger eine Aluminiumschaumstruktur (23) aufweist, die mit einer Wandhülle (22) umgeben ist, wobei die Aluminiumschaumstruktur (23) einstückig mit der Wandhülle (22) ausgebildet ist.
Fahrzeugtür nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) über einen schmelzmetallurgischen Prozess aus Aluminiumschaum hergestellt ist.
Fahrzeugtür nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) eine Aluminiumschaumstruktur (23) mit einer Dichte zwischen 0,04 und 5 g/cm³ aufweist.
Fahrzeugtür nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminiumschaum (23) Poren mit unterschiedlichen Porengrößen aufweist, und dass die Porengröße ausgehend von der Wandhülle (22) nach innen zunimmt.
Fahrzeugtür nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) in Form einer Platte ausgebildet ist, die quer zur Fahrzeugtür (1) zwischen zwei Seitenflächen (5, 6) der Fahrzeugtür (1) angeordnet ist.
Fahrzeugtür nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) eine Außenseite und eine Innenseite aufweist, dass die Außenseite der Außenschale (7) und die Innenseite einem Innenbereich (8) zugeordnet sind, und dass die Außenseite eine kleinere Fläche als die Innenseite aufweist.
Fahrzeugtür nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandhülle (22) sowohl auf einer Außenseite als auch auf einer Innenseite Strukturen mit vorstehenden und zurückgesetzten Flächen (14–21) aufweist.
Fahrzeugtür nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehenden und die zurückgesetzten Flächen (14–21) im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung der Tragstruktur (2) quer zur Fahrzeugtür angeordnet sind.
Fahrzeugtür nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) im Wesentlichen zwei Teiltragstrukturen (3, 4) aufweist, die über eine Verbindungsfläche (16) mit geringerer Dicke miteinander verbunden sind, und dass die Teiltragstrukturen (3, 4) im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung der Tragstruktur (2) angeordnet sind.
Fahrzeugtür nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenseite einer Teiltragstruktur (3, 4) wenigstens zwei erhöhte Teilflächen (14) aufweist, die parallel zur Längserstreckung der Tragstruktur (2) angeordnet sind.
Fahrzeugtür nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenfläche der Tragstruktur (2) wenigstens drei hervorstehende Teilflächen (17, 18, 19) aufweist, die über zwei nach innen zurückgesetzte Teilflächen (20, 21) miteinander verbunden sind, und dass die Teilflächen (17, 18, 19, 20, 21) parallel zur Längserstreckung der Tragstruktur (2) angeordnet sind.
Fahrzeugtür nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandhülle (22) Kantenbereiche (24) aufweist, dass die Kantenbereiche (24) parallel zur Längserstreckung der Tragstruktur (2) und quer zur Fahrzeugtür (1) verlaufen, und dass wenigstens in Teilbereichen der Kantenbe reiche (24) die Wandhülle (22) eine größere Wanddicke als neben den Kantenbereichen (24) aufweisen.
Fahrzeugtür nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens Teilflächen (14) der Tragstruktur (2) mit der Außenschale (7) verbunden sind.
Fahrzeugtür nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) mit der Außenschale (7) über eine Klebeschicht (27) verbunden ist.
Fahrzeugtür nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeschicht (27) aus einem Stützkleber besteht, der eine zusätzliche Versteifung bewirkt.
Fahrzeugtür nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschale (7) aus Aluminium besteht.
Fahrzeugtür nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Innenseite entlang der Längsrichtung der Tragstruktur (2) ein Zugband (26) auf der Tragstruktur (2) aufgebracht ist.
Fahrzeugtür nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugband auf einer zurückgesetzten Teilfläche (20, 21) der Innenseite der Tragstruktur (2) aufgebracht ist.
Fahrzeugtür nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugband (26) aus einem CFK-Material besteht.
Fahrzeugtür nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandhülle (22) eine Innenwand und eine Außenwand aufweist, wobei die Außenwand der Außenschale (7) zugeordnet ist, und dass die Dicke der Außenwand größer als die Dicke der Innenwand ist.
Fahrzeugtür nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Dicke der Innenwand im Bereich von 0,3 bis 1,3 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 bis 1 mm liegt und dass die mittlere Dicke der Außenwand im Bereich von 0,8 bis 2,5 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 2 mm liegt.
Fahrzeugtür nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Tragstruktur (2) in einem vorderen Bereich (11) beginnend mit dem vordersten Bereich bis zu einem vorgegebenen Abschnitt abnimmt.
Fahrzeugtür nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass in der Tragstruktur (2) Gewindeeinsätze (28, 29) zur Befestigung von elektrischen Komponenten (31) und/oder eines Türschlosses (30) eingebracht sind.
Fahrzeugtür nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rahmenteil der Fahrzeugtür (1) an der Tragstruktur (2) befestigt ist.
Fahrzeugtür nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Scheibenführung (34) der Fahrzeugtür (1) an der Tragstruktur (2) befestigt ist.
Fahrzeugtür nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumschaumstruktur (23) einen Aluminiumschaum aufweist, der ovale Poren aufweist, die vorzugsweise mit Längsachsen in einer Kraftweinwirkungsrichtung angeordnet sind.
Tragstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 26.